CN105281460B - 永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及永磁电机。且具体而言，涉及一种永磁电机和用于永磁电机的转子组件。永磁电机包括定子组件和转子组件，定子组件包括定子芯，该定子芯构造成用于生成磁场且沿纵向轴线延伸，其中内表面限定腔，转子组件包括转子芯和转子轴。转子芯配置在定子腔的内侧且构造为围绕纵向轴线旋转。转子组件还包括用于生成磁场的多个永磁体，该磁场与定子磁场相互作用以产生转矩。永磁体配置在形成于套筒构件中的一个或更多个腔内。套筒构件构造成在其中包括多个腔或空隙，且从而对永磁电机提供最小重量。永磁电机提供增大的离心负载能力、增大的功率密度和改善的电气性能。

Description

永磁电机
技术领域
本公开涉及永磁电机。更具体而言，本公开涉及具有高功率密度的高速永磁马达机器。
背景技术
内部永磁电机(IPM)(诸如永磁马达或发电机)已在各种应用中广泛使用，包括飞机、汽车、海底和工业用途。对轻量化和高功率密度的永磁电机的需求致使在更高速马达和发电机的设计使功率与重量比最大化。因此，提供高机器速度、高功率密度、降低的质量和成本的永磁电机趋于越来越多地被接受。
永磁马达通常在转子或定子或二者中采用永磁体。在大多数情况下，永磁体存在于转子组件内。永磁马达的输出功率由定子和转子组件的长度、直径、气隙磁通量、电枢电流密度、速度和冷却能力决定。
在常规的内部永磁电机中，多个永磁体嵌入到转子的多个叠片内侧。转子中的机械应力集中在多个桥接部和中心柱处。对于更高速度的应用，必须增加桥接部和中心柱的厚度，以增强转子和各种其他部件的结构强度。具有增加的厚度的柱的桥接部导致更高的磁通量泄漏，这显著地降低机器功率密度，从而导致机器的效率下降。
在一个特定实施例中，分段的永磁体由套筒构件、且更具体地而言，由构造为围绕永磁体的铬镍铁合金(Inconel)套筒固定。该铬镍铁合金套筒包围磁体且在径向方向上为磁体提供支撑。转子的最大转速取决于铬镍铁合金套筒的厚度和永磁体的质量。转子可安全转动的速度受永磁体上的离心负载和整体重量(包括套筒构件重量)限制。另外，对于径向机器和普通的电枢类型，套筒构件需为非磁性的，以避免在通量路径从转子移动到电枢之前使其短路。如果它是磁性的，则能更好地传递通量，但这将需要在磁极位置之间在外壳中的某种非磁性分离，且这将是难以构造的复合材料。换言之，磁路或总磁阻需要为最佳的。
因此，希望提供一种包括套筒构件的永磁电机，其由于降低的整体重量而具有增大的离心负载能力，以便提供增大的功率密度和改善的电气性能。
发明内容
通过本公开克服了现有技术的这些和其他缺陷，其提供了一种用于永磁电机的转子组件和一种永磁电机。
本公开的一个方面在于一种用于永磁电机的转子组件，其构造为围绕纵向轴线旋转。转子组件包括转子轴和构造成生成磁场的至少一个转子模块，其磁场与定子磁场相互作用以产生转矩。该至少一个转子模块围绕转子轴配置，且包括由多个永磁体和套筒构件，该套筒构件包括形成于其中的多个腔。多个永磁体中的至少一个配置在形成于套筒构件中的多个腔中的一个内，以将至少一个永磁体固持在其中且形成内部永磁马达。
本公开的另一方面在于一种用于永磁电机的转子组件，其构造为围绕纵向轴线旋转。转子组件包括转子轴和构造成生成磁场的多个转子模块，其磁场与定子磁场相互作用以产生转矩。多个转子模块围绕转子轴以端对端的轴向对准和协作接合的形成配置。多个转子模块中的各个限定转子芯，转子芯包括多个永磁体和套筒构件，该套筒构件包括形成于其中的多个腔。多个永磁体中的至少一个配置在形成于套筒构件中的多个腔中的一个中，以将至少一个永磁体固持在其中且形成内部永磁马达。
本公开的又一方面在于一种永磁电机，其包括定子组件和转子组件。定子组件包括定子芯和定子绕组，以当被用交流电流激励时，产生定子磁场。定子组件沿纵向轴线延伸，具有限定腔的内表面。转子组件配置在所述腔的内侧且构造为围绕纵向轴线旋转。转子组件包括构造成生成磁场的至少一个转子模块，其磁场与定子磁场相互作用以产生转矩，该至少一个转子模块中的各个包括转子芯。转子芯包括多个永磁体和套筒构件，该套筒构件包括形成于其中的多个腔。多个永磁体中的至少一个配置在形成于套筒构件中的多个腔中的一个内，以将至少一个永磁体固持在其中且形成内部永磁马达。气隙限定在转子组件与定子组件之间。
一种用于永磁电机的转子组件，其构造为围绕纵向轴线旋转，所述转子组件包括：
转子轴；和
至少一个转子模块，其构造成生成磁场，其磁场与定子磁场相互作用以产生转矩，所述至少一个转子模块围绕所述转子轴配置，所述至少一个转子模块包括：
多个永磁体；和
套筒构件，其包括形成于其中的多个腔，其中，所述多个永磁体中的至少一个配置在形成于所述套筒构件中的多个腔中的一个中，以将所述至少一个永磁体固持在其中且形成内部永磁马达。
优选地，还包括多个转子模块，所述多个转子模块构造成端对端轴向对准且协作地接合。
优选地，所述套筒构件构造为分段构件，所述分段构件包括多个单独的套筒节段，且其中，相邻的套筒节段协作地接合。
优选地，所述套筒构件构造成包括限定所述多个腔的一个或更多个平台(land)部和一个或更多个盘部。
优选地，所述套筒构件还包括一个或更多个内部肋结构，所述一个或更多个内部肋结构进一步限定所述多个腔且提供离心加强。
优选地，所述多个永磁体中的各个的磁化方向相对于所述转子组件的纵向轴线构造为径向向内、径向向外或周向中的一种。
优选地，所述多个永磁体中的各个通过非磁性材料与所述多个永磁体中的另一个分离。
一种用于永磁电机的转子组件，其构造为围绕纵向轴线旋转，所述转子组件包括：
转子轴；和
多个转子模块，其构造为生成磁场，其磁场与定子磁场相互作用以产生转矩，所述多个转子模块围绕所述转子轴以端对端轴向对准和协作接合的方式配置，所述多个转子模块中的各个限定转子芯，所述转子芯包括：
多个永磁体；和
套筒构件，其包括形成于其中的多个腔，其中，所述多个永磁体中的至少一个配置在形成于所述套筒构件中的多个腔中的一个内，以将所述至少一个永磁体固持在其中且形成内部永磁马达。
优选地，所述套筒构件构造为分段构件，所述分段构件包括多个单独的套筒节段。
优选地，所述套筒构件构造成包括限定所述多个腔的多个平台部和盘部或进一步限定所述多个腔的一个或更多个内部肋结构中的一个，所述多个平台部和盘部或所述一个或更多个内部肋结构对所述套筒构件提供离心加强。
优选地，所述多个永磁体中的各个通过非磁性材料与所述多个永磁体中的另一个分离。
优选地，所述多个永磁体中的各个的磁化方向相对于所述转子组件纵向轴线构造为径向向内、径向向外或周向中的一种。
一种永磁电机，包括：
定子组件，其包括定子芯且包括定子绕组，以当被用交流电流激励时生成定子磁场，所述定子组件沿纵向轴线延伸，其中内表面限定腔；和
转子组件，其配置在所述腔的内侧且构造为围绕纵向轴线旋转，其中，所述转子组件包括构造成生成磁场的至少一个转子模块，其磁场与定子磁场相互作用以产生转矩，所述至少一个转子模块包括：
多个永磁体；和
套筒构件，其包括形成于其中的多个腔，其中，所述多个永磁体中的至少一个配置在形成于所述套筒构件中的多个腔中的一个内，以将所述至少一个永磁体固持在其中且形成内部永磁马达，
其中，气隙限定在转子组件与定子组件之间。
优选地，所述套筒构件构造为分段构件，所述分段构件包括多个单独的套筒节段，且其中，相邻的套筒节段协作地邻接。
优选地，所述套筒构件构造成包括限定该多个腔的一个或更多个平台部和一个或更多个盘部。
优选地，所述套筒构件还包括一个或更多个内部肋结构，所述一个或更多个内部肋结构进一步限定所述多个腔且提供离心加强。
优选地，所述多个永磁体中的各个通过非磁性材料与所述多个永磁体中的另一个分离。
优选地，所述永磁电机是轴向通量机器。
优选地，所述永磁电机是径向通量机器。
优选地，所述永磁电机是用于驱动飞机发动机、泵、风力涡轮、燃气涡轮或发电机中的至少一种的永磁马达。
技术方案1：一种用于永磁电机10、54、56、60的转子组件12、62，其构造为围绕纵向轴线13旋转，所述转子组件12、62包括：
转子轴16；和
至少一个转子模块20，其构造成生成磁场，其磁场与定子磁场相互作用以产生转矩，所述至少一个转子模块20围绕所述转子轴16配置，所述至少一个转子模块20包括：
多个永磁体24、68；和
套筒构件22、66，其包括形成于其中的多个腔32、70，其中，所述多个永磁体24、68中的至少一个配置在形成于所述套筒构件22、66中的所述多个腔32、70中的一个内，以将所述至少一个永磁体24、68固持在其中且形成内部永磁马达11、61。
技术方案2：根据技术方案1所述的转子组件12，其特征在于，所述套筒构件22构造为分段构件，所述分段构件包括多个单独的套筒节段26，且其中，相邻的套筒节段26协作地邻接34。
技术方案3：根据技术方案1所述的转子组件12，其特征在于，所述套筒构件22构造成包括限定所述多个腔32的一个或更多个平台部28和一个或更多个盘部30。
技术方案4：根据技术方案1所述的转子组件62，其特征在于，所述套筒构件66还包括一个或更多个内部肋结构72，所述一个或更多个内部肋结构72进一步限定所述多个腔70且提供离心加强。
技术方案5：一种永磁电机10、54、56、60，其包括：
定子组件14、55、64，其包括定子芯44且包括定子绕组，以当被用交流电流激励时生成定子磁场，所述定子组件14、55、64沿纵向轴线13延伸，其中内表面限定腔48；和
转子组件12、62，其配置在所述腔48的内侧且构造为围绕所述纵向轴线13旋转，其中，所述转子组件12、62包括至少一个转子模块20，所述至少一个转子模块20构造成生成磁场，该磁场与定子磁场相互作用以产生转矩，所述至少一个转子模块20包括：
多个永磁体24、68；和
套筒构件22、66，其包括形成于其中的多个腔32、70，其中，所述多个永磁体24、68中的至少一个配置在形成于所述套筒构件22、66中的所述多个腔32、70中的一个内，以将所述至少一个永磁体24、68固持在其中且形成内部永磁马达11、61，
其中，气隙15、76限定在所述转子组件12、62与所述定子组件14、55、64之间。
技术方案6：根据技术方案5所述的永磁电机10、54、56、60，其特征在于，所述套筒构件22、66构造为分段构件，所述分段构件包括多个单独的套筒节段26，且其中，相邻的套筒节段26协作地邻接。
技术方案7：根据技术方案5所述的永磁电机10、54、56、60，其特征在于，所述套筒构件22、66构造成包括限定所述多个腔32、70的一个或更多个平台部28和一个或更多个盘部30。
技术方案8：根据技术方案5所述的永磁电机60，其特征在于，所述套筒构件66还包括一个或更多个内部肋结构72，所述一个或更多个内部肋结构72进一步限定所述多个腔70且提供离心加强。
技术方案9：根据技术方案5所述的永磁电机10、54、56、60，其特征在于，所述永磁电机10、54、56、60是轴向通量机器54或径向通量机器56中的一种。
技术方案10：根据技术方案5所述的永磁电机10、54、56、60，其特征在于，所述永磁电机10、54、56、60是用于驱动飞机发动机、泵、风力涡轮、燃气涡轮或发电机中的至少一种的永磁马达11、61。
以上提到的特征的各种改进与本公开的各种方面相关地存在。更多特征也可并入这些各种方面中。这些改进和附加的特征可单独地或以任何组合存在。例如，以下关于所例示出的实施例中的一个或更多个讨论的各种特征可单独或以任何组合并入本公开的上述方面中的任一个中。此外，以上提出的发明内容仅用于使读者熟悉本公开的某些方面和背景，而不限制要求保护的主题。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，遍及附图，相同的标记表示相同的部件，其中：
图1是根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的永磁电机转子组件的等距视图；
图2是根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的永磁电机转子和定子组件的一部分的纵向剖视图；
图3是根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的，图2的永磁电机的通过3-3线截取的转子和定子组件的轴向剖视图；
图4是根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的转子和定子组件的备选实施例的纵向剖视图的放大部分；
图5是根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的转子和定子组件的备选实施例的纵向剖视图的放大部分；
图6是根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的永磁电机转子和定子组件的一部分的备选实施例的纵向剖视图；且
图7是根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的，图6的永磁电机的通过7-7线截取的转子和定子组件的轴向剖视图。
部件列表
10 永磁电机
11 永磁马达
12 转子组件
13 纵向轴线
14 定子组件
15 气隙
16 轴
18 圆柱形盖
20 一个或更多个转子模块
22 套筒构件
24 磁体
26 节段
28 平台部
30 盘部
32 腔/空隙
34 舌槽关系
36 槽部
38 舌部
40 转子芯
42 24的长轴线
44 定子芯
46 定子结构
48 腔
50 定子槽
54 轴向通量永磁电机
55 定子部分
56 径向通量永磁电机
60 永磁电机
61 永磁马达
62 转子组件
64 定子组件
66 套筒构件
68 多个永磁体
70 多个腔或空隙
72 多个内部肋结构
74 长轴线
76 气隙。
具体实施方式
将仅用于说明目的来结合一定实施例描述本公开；然而，应理解的是，通过根据本公开的附图的以下描述，将使本公开的其他目的和优点显而易见。虽然公开了优选的实施例，但它们不意图为限制性的。相反，在本文中提出的一般原则被认为仅例示本公开的范围，且还应理解的是，可做出许多修改，而不脱离本公开的范围。
如在下面详细描述的，本公开的实施例提供一种包括套筒构件的永磁电机，其由于降低的整体重量而具有增大的离心负载能力，以便提供增大的功率密度和改善的电气性能。利用此种公开的构造，永磁电机可包括高速下的高效操作和其驱动的系统的效率。
用语“第一”，“第二”等在本文中不表示任何顺序、量或重要性，而是用来将一个元件与另一元件区分，且用于告知读者特定的构件部分。本文中贯穿说明书和权利要求所使用的近似语言可用于修饰可能可允许地变化的任何数量变化，而不导致其所相关的基本功能的改变。与量结合使用的修饰语“约”包括所声明的值，且具有由上下文规定的含义(例如，包括与特定量的测量值相关的误差度)。因此，由一个或多个用语(例如“约”)修饰的值不限于指定的精确值。在一些情况下，近似语言可对应于用于测量所述值的仪器的精确度。
在以下说明书和权利要求中，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数对象，除非上下文中明确另有所指。如本文所使用的，用语“或”不意味着是穷举的，且指代当前引用的构件中的至少一个，且包括其中可存在所引用的构件的组合的情况，除非上下文中明确另有所指。另外，在本说明书中，前缀“(多个)”通常指的是包括其所修饰的项目的单数和复数，从而包括一个或更多个该项目(例如，“转子模块”可包括一个或更多个转子组件，除非另有规定)。贯穿说明书对“一个实施例”、“另一实施例”等的引用是指结合实施例描述的特定元素(例如，特征、结构和/或特性)包含在本文所描述的至少一个实施例中，并且可以或可以不存在于其他实施例中。类似地，对“特定构造”的引用意味着结合该构造描述的特定元素(例如，特征、结构和/或特性)包含在本文所描述的至少一种构造中，且可以或可以不存在于其他构造中。此外，应当理解的是，所描述的发明特征可以以任何合适的方式组合在各种实施例和构造中。
如本文所使用的，用语“可”和“可为”指在一系列情况中发生的可能性；拥有特定属性、特性或功能；和/或通过表述与所修饰的动词相关的能力、性能或可能性中的一种或更多种来修饰另一动词。因此，“可”和“可为”的使用指所修饰的用语对于所指定的容量、功能或用途而言明显适当、合格或合适，尽管考虑到在某些情况下，所修饰的用语有时可能不适当、合格或适合。例如，在某些情况下，可预料某事件或能力，而在其他情况下，不会发生该事件或能力-这种差别由用语“可”和“可为”来记录。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包括性的，且表示可存在除了所列出元件之外的额外元件。操作参数的任何实例不排斥所公开实施例的其他参数。
如以下详细讨论的，本公开的实施例涉及一种包括转子组件的永磁电机，其由于降低的整体重量而具有增大的离心负载能力，以便提供增大的功率密度和改善的电气性能。永磁电机包括套筒构件，该套筒构件形成转子芯的一部分且构造成用于与多个永磁体接合，套筒构件围绕转子组件中的轴周向地安装。具体而言，本公开涉及一种在由转子的末梢速度确定的高速(一般小于350m/s)下操作的永磁电机。
现参照附图，图1-7例示出了永磁电机的实施例，且更具体而言，根据本公开包括多个内部永磁体的永磁马达。具体参照图1和2，示出了永磁电机10(例如永磁马达11)的一部分。在实施例中，永磁电机10可用于驱动飞机发动机、泵、风力涡轮、燃气涡轮或发电机中的至少一种，图1例示出转子组件12的等距视图，该转子组件12构造为沿纵向轴线13通过磁性转子轴16而旋转。图2例示出了图1的永磁电机10的一部分的纵向剖视图，包括沿纵向轴线13构造的转子组件12和定子组件14。在实施例中，定子组件14中围绕电枢部分(未示出)的金属是磁性的，以最佳地将磁通量传送到转子场磁体和从转子场磁体传送磁通量，且此外，该金属定向地层叠，以最佳地减少金属中的涡流发热，且从而改善马达效率。如图2最佳所示的，转子组件12和定子组件14间隔开，以在它们之间限定气隙15。在图1中，转子组件12的可选圆柱状盖18例示为部分地移除，以例示转子组件12的一个或更多个转子模块20。转子组件12的各转子模块20包括转子芯40，转子芯40包括套筒构件22，套筒构件22构造成将多个磁体24固持在其中。更具体而言，如图2最佳所示的，在该特定的实施例中，套筒构件22构造为多个单独的节段26，这些节段26各自限定平台部28和盘部30。多个腔或空隙32限定在各节段26之间，且更具体而言由平台部28和盘部30限定。在实施例中，邻近各磁体24的平台部28由层叠的磁性金属形成，以优化磁阻路径并减少涡流。多个腔32中的各个在其中配置有该多个磁体24中的一个或更多个，且围绕转子轴16轴向且周向地构造。
套筒构件22的多个单独节段26构造成舌槽(tongue-and-groove)关系34。更具体而言，单独的节段中的各个包括槽部36或舌部38中的一个，以便提供相邻节段26的协作邻接。舌槽关系34允许套筒构件22以较小的节段得到支持，且从而有助于套筒构件22厚度的减小。各节段26的盘部30设计成吸收在高速操作下施加于在腔32中配置的磁体24上的离心负载。因此，盘部28设计成耐受此离心负载。各平台部26构造成仅支撑磁体24的小(轴向)节段，因此，可使该设计具有更薄的平台部28。更薄的平台部28允许增加转子机器10的总体负载，而盘部30材料的更有效利用允许转子机器10重量(质量)的减少。在实施例中，可围绕磁体24提供额外的支撑，以使在巨大向心负载下的磁体断裂最少化。
多个单独的转子模块20构造成围绕永磁电机10的纵向轴线13旋转。转子组件12可以可选地包括配置在单独的转子模块20中和转子轴22轴向端部上的端部位置中的各个之间的多个轴承(未示出)(其称为端轴承(未示出))，以将多个单独的转子模块20固持在转子轴22上，并管理转子组件12的侧向动态性能。围绕转子轴22配置的转子模块20的数量取决于整体马达组件的期望功率输出，其中包括越多的转子模块20，则功率输出越更高。在实施例中，定子组件14构造为跨越所有单独的转子模块20的连续定子。
转子组件12包括具有多个永磁体24的转子芯40，该多个永磁体24配置在由套筒构件22的平台部28和盘部30限定的多个腔或空隙32中。在实施例中，永磁体24的磁化方向可被描述为径向或非周向的。在该特定实施例中，多个永磁体24构造成具有长轴线42(图2)，该长轴线42在转子芯40内基本上径向地定向。永磁体24生成磁场，该磁场在转子组件12与定子组件14之间的气隙15中径向地被引导。由永磁体24生成的磁场还与通过其电枢电流产生的定子磁场相互作用，以产生转矩。
在一个实施例中，永磁体24可由钕铁硼制成。在另一实施例中，永磁体24由钐钴、铁氧体、铝镍钴合金(Alnico)等制成。在一个实施例中，圆柱状盖18和套筒构件由非磁性奥氏体镍铬基超级合金，例如制成。在另一实施例中，套筒构件由非磁性材料，如CFRE、碳复合材料或非金属合金制成。
现参考图3，示出了永磁电机10的一部分的沿图2的3-3线，且更具体而言，贯穿定子组件14和转子组件12的多个转子模块20中的单个转子模块截取的轴向剖视图。如图所示，转子组件12，且更具体而言，转子模块20中的各个由转子芯40、磁体24和可选的圆柱形盖18构成(图1)，转子芯40由套筒构件22形成。磁体24构造为包括如图3中的标示各磁体24的N-S方向的方向箭头25所指示的交替定向。此外，可包括非磁性分离材料27，且其当处于向心负载下时可对磁体24提供侧向支撑。在备选方案中，磁体24可由腔结构分离。
转子组件12还包括联接到转子芯40的转子轴16。在实施例中，转子轴16和转子芯40可键合，以便协作地接合。在实施例中，转子轴16可包括与转子芯40中的一个或更多个特征(例如凹槽(未示出))协作地接合的一个或更多个特征(例如凸起(未示出))，反之亦然。在实施例中，轴16可包括构造成在转子芯40内提供用于冷却流体(未示出)的通道的额外特征。在非限制性实例中，冷却流体可为空气流或冷却剂，以用于降低转子组件12中的机械应力和涡流损耗。
在该特定实施例中，永磁电机10的定子组件14包括定子芯44。如在本文中示出的，定子芯44包括定子结构46，定子结构46周向地布置并在定子芯44的中心处形成腔48(例示为具有配置在其中的转子组件12)。定子组件14生成磁场，并沿纵向轴线13延伸。如所讨论的，转子组件12配置在由定子芯44限定的腔48中。在该特定实施例中，定子组件14包括在多个定子结构46之间的用于电枢绕组(未示出)的多个定子槽道50。电枢绕组包括处于各种拓扑结构和形式的铜绕组。通量传送路径中涉及的定子的金属(例如，定子芯44和定子结构46)应是磁性的并被层压，以减少涡流损耗。
现参照图4和图5，示出了永磁电机的备选实施例，它们分别大体标记为54和56。永磁电机54和56构造成与图1-3的永磁电机10大体上类似。在该特定实施例中，永磁电机54是轴向通量机器，且包括转子组件12和定子组件14。转子组件12大体上包括转子芯40，包括套筒构件22和多个永磁体24。转子轴16联接到转子芯40。
转子组件12包括多个永磁体24，该多个永磁体24配置在形成于转子芯40中的多个腔或空隙32内，且更具体而言，配置在限定在套筒构件22中的多个腔或空隙32内。这有利于使支撑盘30的至少一部分在为磁性金属的磁体之间，以便有助于最有效的通量传输。
如图4最佳示出的，套筒构件66构造为包括在转子盘部30中的各个之间延伸的定子部分55。磁路从一个盘部30穿过定子部分55到另一盘部。
与前述实施例类似，转子组件12包括多个平台部28和对套筒构件22提供离心加强的盘部30，从而允许套筒构件22的厚度最小化。其结果，套筒构件22的离心负载承载能力增大，从而导致提高转子组件12的速度能力。在图4所示的实施例中，平台部28描述为包括径向顶端平台部29和径向基础平台部31。在实施例中，平台部28应最好由磁性金属在径向基础平台部31处制成，以将通量传递至磁性转子轴16，以用于返回到定子14，且应最好由磁性金属在径向顶端部29处制成，以有助于磁通量跨过气隙(未示出)传输到电枢(未示出)。此外，形成径向顶端部29的磁性材料可受益于层压，以降低涡流损耗。径向顶端和径向基础平台部29、31分别之间的盘部30应最好由非磁性材料制成，以避免使磁体24的通量短路。
更具体地参照图5，永磁电机56为径向通量机器，且包括转子组件12和定子组件14。转子组件12大体上包括转子芯40，包括套筒构件22和多个永磁体24。转子轴16联接到转子芯40。
转子组件12包括多个永磁体24，该多个永磁体24配置在形成于转子芯40中的多个腔或空隙32内，且更具体而言，配置在限定于套筒构件22中的该多个腔或空隙32中。与图4的实施例类似，在图5例示的实施例中，平台部28描述为包含径向顶端平台部29和径向基础平台部31。在实施例中，平台部28应最好由磁性金属在径向基础部31处制成，以将通量传递至磁性转子轴16，以用于返回到定子14，且应最好由磁性金属在径向顶端部29制成，以有助于促使磁通量跨过气隙(未示出)传输到电枢(未示出)。此外，形成径向顶端部29的磁性材料可受益于被层压以降低涡流损耗。径向顶端和径向基础平台部29、31分别之间的盘部30应最好由非磁性材料制成，以避免使磁体24的通量短路。
与图4的轴向通量机器相反，如图5最佳示出的，套筒构件22以与图1-3的实施例大致类似的方式构造，且不包括在转子盘部30中的各个之间延伸的定子部分。磁路从一个盘部30沿径向行进到另一盘部。
类似于之前描述的实施例，多个平台部28和盘部30对套筒构件22提供离心加强，从而允许套筒构件22的厚度最小化。其结果，套筒构件22的离心负载承载能力增大，从而导致转子组件12的速度能力增大。
现参考图6和7，示出了永磁电机60的备选实施例，其与图1-3的永磁电机10大体上类似。在实施例中，永磁电机60为永磁马达61，其用于驱动飞机发动机、泵、风力涡轮、燃气涡轮或发电机中的至少一种。在该特定的实施例中，永磁电机60包括转子组件62和定子组件64。转子组件62大体上包括转子芯40，包括套筒构件66和多个永磁体68。转子轴16联接到转子芯40。
转子组件62包括多个永磁体68，该多个永磁体68配置在形成于转子芯40中的多个腔或空隙70内，且更具体而言，配置在限定于套筒构件66中的多个腔或空隙70中。为清楚起见，腔或空隙70例示为在其中未配置磁体68。该多个永磁体68构造为包括如图7的方向箭头69指示的交替的定向，方向箭头69标示该多个永磁体68中的各个的N-S方向。此外，可包括非磁性分离材料71，且其在处于向心负载下时对该多个永磁体68提供侧向支撑。在备选方案中，该多个永磁体68可由腔结构分离。
如图6最佳示出的，套筒构件66构造成包括多个内部肋结构72。该多个内部肋结构72限定该多个腔或空隙70。该多个内部肋结构72对套筒构件66提供离心加强，从而允许套筒构件66的厚度最小化。该多个内部肋结构72是非磁性的，以当无论何时多个永磁体68的径向磁化方向从一个磁体到轴向方向上的下一个反向时，避免使通量路径短路。其结果，套筒构件66的离心负载承载能力增大，从而导致提高转子组件62的速度能力。该多个永磁体68生成磁场，该磁场在转子组件62与定子组件64之间的气隙76中径向地被引导。在实施例中，由多个永磁体68产生的磁场还与由电枢电流产生的定子磁场相互作用(与之前描述的第一实施例类似)，以产生转矩。
如本文所描述的，转子组件还可包括在转子芯40中心同轴地布置的静止管(未示出)。轴16的内表面和静止管的外表面可为冷却流体的向外流动提供转子内开孔。另外，在实施例中，填充材料(未示出)可包括在形成于转子组件中的多个腔或者空隙内，以进一步提供磁体裂纹的情况下的抑制。
有利地，在本文中公开的各种实施例提供了一种永磁电机，其中减少整体机器重量导致提高机器能力且降低机器的成本。更具体而言，如本文中公开的所提供的永磁电机能够在更高的速度和负载下操作，从而有效地允许更小的机器应对更高的负载。
转子组件和各种相关的构件主要构造为提供整体重量的减少，以提供组件的增大的离心负载能力，且使功率密度和电气性能最大化。此外，本公开在小体积、质量和成本方面提供额外的优点。因而这些技术和系统实现高效的永磁电机。
如上所述的永磁电机可非常适合作为用于许多应用的驱动力。这种永磁电机可用于航空应用中，例如在飞机发动机、泵应用等中。永磁电机还可用于其他非限制性的例子，如牵引应用、风力和燃气涡轮、航天应用中的起动器发电机、工业应用和装置等。
当然，应当理解，并非上述所有此种目的或优点都可根据任何特定的实施例实现。因此，例如，本领域技术人员将认识到，可以以实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点而不一定实现本文所教导或暗示的其他目的或优点的方式来体现或执行本文所描述的组件和技术。
本书面说明使用实例来描述本公开内容，包括最佳方式，且使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本公开的可申请专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其他实施例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。
虽然本文仅示出和描述了实施例的某些特征，但本领域技术人将想到许多修改和变化。因此，应当理解，所附的权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神内的所有此种修改和变化。

Claims (10)

1.一种用于永磁电机的转子组件，其构造为围绕纵向轴线旋转，所述转子组件包括：
转子轴；和
至少一个转子模块，其构造成生成磁场，其磁场与定子磁场相互作用以产生转矩，所述至少一个转子模块围绕所述转子轴配置，所述至少一个转子模块包括：
多个永磁体；和
套筒构件，其包括形成于其中的多个腔，其中，所述多个永磁体中的至少一个配置在形成于所述套筒构件中的所述多个腔中的一个内，以将所述至少一个永磁体固持在其中且形成内部永磁马达；
其中，所述套筒构件构造为轴向分段构件，所述分段构件包括多个单独的套筒节段，且其中，相邻的套筒节段协作地邻接。
2.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述套筒构件的多个套筒节段构造成舌槽关系，以便提供相邻节段的协作邻接。
3.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述套筒构件构造成包括限定所述多个腔的一个或更多个平台部和一个或更多个盘部。
4.一种用于永磁电机的转子组件，其构造为围绕纵向轴线旋转，所述转子组件包括：
转子轴；和
至少一个转子模块，其构造成生成磁场，其磁场与定子磁场相互作用以产生转矩，所述至少一个转子模块围绕所述转子轴配置，所述至少一个转子模块包括：
多个永磁体；和
套筒构件，其包括形成于其中的多个腔，其中，所述多个永磁体中的至少一个配置在形成于所述套筒构件中的所述多个腔中的一个内，以将所述至少一个永磁体固持在其中且形成内部永磁马达，其中，所述套筒构件还包括一个或更多个内部肋结构，所述一个或更多个内部肋结构进一步限定所述多个腔且提供离心加强。
5.一种永磁电机，其包括：
定子组件，其包括定子芯且包括定子绕组，以当被用交流电流激励时生成定子磁场，所述定子组件沿纵向轴线延伸；和
转子组件，其配置在所述定子组件的内侧且构造为围绕所述纵向轴线旋转，其中，所述转子组件包括至少一个转子模块，所述至少一个转子模块构造成生成磁场，该磁场与定子磁场相互作用以产生转矩，所述至少一个转子模块包括：
多个永磁体；和
套筒构件，其包括形成于其中的多个腔，其中，所述多个永磁体中的至少一个配置在形成于所述套筒构件中的所述多个腔中的一个内，以将所述至少一个永磁体固持在其中且形成内部永磁马达，
其中，气隙(15、76)限定在所述转子组件与所述定子组件之间；
其中，所述套筒构件构造为轴向分段构件，所述分段构件包括多个单独的套筒节段，且其中，相邻的套筒节段协作地邻接。
6.根据权利要求5所述的永磁电机，其特征在于，所述套筒构件的多个套筒节段构造成舌槽关系，以便提供相邻节段的协作邻接。
7.根据权利要求5所述的永磁电机，其特征在于，所述套筒构件构造成包括限定所述多个腔的一个或更多个平台部和一个或更多个盘部。
8.根据权利要求5所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机是轴向通量机器或径向通量机器中的一种。
9.根据权利要求5所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机是用于驱动飞机发动机、泵、风力涡轮、燃气涡轮或发电机中的至少一种的永磁马达。
10.一种永磁电机，其包括：
定子组件，其包括定子芯且包括定子绕组，以当被用交流电流激励时生成定子磁场，所述定子组件沿纵向轴线延伸；和
转子组件，其配置在所述定子组件的内侧且构造为围绕所述纵向轴线旋转，其中，所述转子组件包括至少一个转子模块，所述至少一个转子模块构造成生成磁场，该磁场与定子磁场相互作用以产生转矩，所述至少一个转子模块包括：
多个永磁体；和
套筒构件，其包括形成于其中的多个腔，其中，所述多个永磁体中的至少一个配置在形成于所述套筒构件中的所述多个腔中的一个内，以将所述至少一个永磁体固持在其中且形成内部永磁马达，
其中，气隙限定在所述转子组件与所述定子组件之间；
其中，所述套筒构件还包括一个或更多个内部肋结构，所述一个或更多个内部肋结构进一步限定所述多个腔且提供离心加强。
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